유기 반도체 폴리머의 사용을 기반으로 가시광선으로 체외 세포 배양 전기 활성을 자극하는 방법이 설명됩니다.
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이 논문에서
요약
초록
유기 반도체와 생체 조직 간의 하이브리드 인터페이스는 in-vitro 및 in-vivo 응용 프로그램을 위한 새로운 도구를 나타냅니다. 특히, 공액 고분자는 우수한 생체 적합성, 우수한 기계적 특성, 저렴하고 쉬운 가공 기술, 가볍고 얇고 유연한 기판에 증착 가능성과 같은 생물학적 시스템의 기판으로서 몇 가지 최적의 특성을 나타냅니다. 이러한 재료는 신경 프로브, 신경 활동의 여기 및 기록을 위한 트랜지스터, 약물 방출을 위한 바이오센서 및 액추에이터와 같은 세포 인터페이스에 사용되었습니다. 최근의 실험은 또한 세포의 전기적 활동의 전광학적 변조를 위해 공액 폴리머를 사용할 수 있는 가능성을 보여주었습니다. 1차 신경 세포, 성상 세포 및 2차 라인 세포를 포함한 여러 체외 연구 사례가 보고되었습니다. 또한, 유기 고분자에 의해 매개되는 신호 광전달은 퇴화된 망막에서 광 민감도를 회복시키는 것으로 나타났으며, 이는 이러한 장치가 향후 인공 망막 보철물에 사용될 수 있음을 시사합니다. 대체로 빛에 민감한 복합 고분자는 세포 활동의 광학 변조를 위한 새로운 접근 방식을 나타냅니다.
이 작업에서는 살아있는 세포의 광 여기를 위한 생체 고분자 계면을 제작하는 데 필요한 모든 단계를 설명합니다. 활성 계면의 기능은 빛 자극을 세포막 전위의 조절로 변환하는 것입니다. 체외 연구에 유용한 연구 사례로, 폴리티오펜 박막을 기능성 흡수층으로 사용하고, 인간 배아 신장(HEK-293) 세포를 계면의 생물학적 구성 요소로 사용합니다. 서로 다른 지속 시간의 광 펄스로 자극할 때 세포막 전위를 성공적으로 제어하는 실제 사례가 제공됩니다. 특히, 세포막에 대한 탈분극 및 과분극 효과는 모두 광 자극의 지속 시간에 따라 달성될 수 있음을 보여줍니다. 보고된 프로토콜은 일반적으로 유효하며 다른 생물학적 제제로 간단하게 확장될 수 있습니다.
서론
정확한 공간 및 시간 해상도를 갖는 세포 활성을 조작 할 가능성이 신경 과학 연구 및 신경 및 정신 장애의 치료에있어서 중요한 방법을 나타낸다. (1) 전통적인 방법은 근접 또는 접촉 위치 된 전극을 이용하여 세포의 전기 자극에 기초 (생체 내 뇌 조직, 단일 셀, 셀룰러 네트워크, 뇌 조각) 다른 복잡성이 될 수있는 대상 시스템, 2. 과거 세기 동안에는, 패치 클램프, 금속 기판 전극 일체형의 사용은 생리학 및 단일 뉴런 및 신경 네트워크의 작동 메커니즘의 병태 생리의 상세한 그림을 제공했다. 그러나, 전기 자극은 중요한 제한에서 겪고있다. 첫번째 인해 쉽게 적응 될 수없는 고정 된 전극 및 그들의 형상의 물리적 치수에 일반적으로 열악한 공간 분해능에 관한 것이다생체 조직 같은 복잡한 조직 시스템. 또한, 전극 임피던스 자극 및 기록 시스템 사이의 크로스 토크 (cross-talk)의 관련 문제는 측정의 최종 신호 대 잡음비를 저하 할 수있다. (3) 한편, 자극 광의 사용은 많은 한계를 극복하는 데 도움이 될 전기 접근. 우선, 그것이 가능한 특정 세포 유형 또는 서브 셀 구획을 대상으로 만들고, 전례없는 공간 (<1 ㎛) 및 시간 해상도 (<1 밀리 초)를 제공한다. 그것은 관심의 조직과 물리적 접촉을 방지하....
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프로토콜
광활성 기판 1. 준비
- P3HT 준비 : PCBM 솔루션 : 클로로 벤젠 (1 W / W 1) 20g / L의 P3HT 농도. 60 ℃에서 적어도 4 시간 동안 자석 교반기와 용액을 혼합한다. 각각의 기판이 제조 될 때까지 용액을 150 μL의 부피를 고려한다.
- 청소 ITO 코팅 유리 슬라이드 초음파기에 탈 물, 아세톤 및 이소프로판올의 연속 욕조 (R S = 10 Ω / 평방, 18 × 18 mm 2, 두께 170 μm의) (각 단계에 대한 10 분). 질소 총을 커버 슬립을 건조. 10 분 동안 100 W의 전력으로 플라즈마 클리너의 샘플을 넣습니다.
- 스핀 코팅을 통해 기판에 세정 활성층의 박막을 증착.
- 다이아몬드 팁, ITO 코팅 된 기판의 동일한 측 방향 치수 현미경 유리 슬라이드 (≈ 두께 1mm)를 자른다. 핫 플레이트에서 PCBM 솔루션을하고 주위 온도로 냉각 보자 P3HT를 제거합니다.
- 두 번째 설정EPS 스핀 코터 프로그램 : I) 800 rpm에서 30 초; ⅱ) 1,600 rpm에서 30 초. 스핀 코터의 척에 슬라이드를 삽입하고 그것을 해결하기 위해 진공을 시작합니다. ITO 코팅 된면이 위쪽을 향하게하여 슬라이드에 아세톤 드롭 한 후 청소 ....
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결과
세포는 P3HT에 쉽게 배양 할 수 있습니다 : PCBM 기판 (설명 프로토콜의 단계 3.2에서 사용되는 피브로넥틴 같은) 적절한 접착 층이 증착되는 것을 제공했다. P3HT : 가시 스펙트럼의 녹색 부분 PCBM 광 흡수 피크; 그러나 다른 감광 공액 중합체는 바람직한 photostimulation 파장 범위 (도 2)에 따라, 선택 될 수있다. . PCBM 막이 도시되어 이들 기판의 생체 적합성은 단지 세포주 뉴런 (15) 및 성상 세포의 일차 배양 물과 같은 HEK-293과 같은 18,21하지만 17 P3HT 배양 건강 HEK-293 세포의 전형적인 현미경으로 입증되었다 도 3. 광활성 기판에 의해 매개되는 세포의 광 자극은 빛 자극 지속 기간에 따라 세포막에 다른 효과가 발생할 수있다. (18)를 광 펄스의 개시시에,(3 M.......
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토론
셀의 광 자극이 주로 감광성 중합체의 선택, 열 살균 파라미터, 광 강도와 자극 시간 염려 체외 대한보고 프로토콜의 중요한 단계. P3HT : 그것은 좋은 시간과 전기 화학적 안정성을 보장하기 때문에 PCBM 박막, 여기에 선정되었다. 그러나, 하나는 모든 감광성 중합체는 조명에보다 구체적으로, (22)를 아날로그 성능을 제공 할 수 있음을 주목해야한다. 또한,이 때의 파라미터는 중합체 광전자 상당한 기능 저하로 연결되지 않는 열 살균을 선택; 그러나주의 경우 살균 법 또는 열처리 매개 변수 변경, 즉, 중합체 특성에 대한 가능한 효과를주의 깊게 평가되어야한다. 또, 공지 된 예를 들면, UV 노광이 빠르게 인해 접합 손실 비가역 중합체 표백 열화로 연결된다. 또한, 다른 어닐링온도 및 시간은, 전하 수송 특성에 부정적인 영향으로, 중합체 표면의 서로 다른 형태 적 순서로 이어질 수있다. 광 여기 프로토콜의 매개 변수는주의 깊게뿐만 아니라 평가되어야한다 : 100 mW의 /
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공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
이 작업은 FP7-PEOPLE-212-ITN 316832-OLIMPIA 프로젝트를 통해 EU의 지원을 받았습니다.
Telethon - 이탈리아 (GGP12033 및 GGP14022 부여), Fondazione Cariplo (보조금 ID 2013-0738).
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| rr-P3HT | 시그마 알드리치 | 698989-5G | |
| ITO 코팅 기판 | 나노-CS | IT10300100 | |
| 피브로넥틴 | 시그마 알드리치 | F1141 | |
| 클로로벤젠 | 시그마 알드리치 | 319996 | |
| PCBM | 나노-C | 나노-CPCBM-BF | |
| 아세톤 | 시그마 알드리치 | 270725 | |
| 이소프로필 알코올 | 시그마 알드리치 | 563935 | |
| HEK 세포 | LGC 표준 srl | ATCC-CRL-1573 | |
| HEPES | 시그마 알드리치 | H0887 | |
| PBS | 시그마 알드리치 | P5244 | |
| E-MEM | LGC 표준 srl | ATCC-30-2003 | |
| EDTA | 시그마 Aldrich | E8008-FBS | |
| LGC 표준 srl | ATCC-30-2020 |
참고문헌
- Alivisatos, A. P., et al. Nanotools for Neuroscience and Brain Activity Mapping. ACS Nano. 7 (3), 1850-1866 (2013).
- Spira, M. E., Hai, A. Multi-electrode array technologies for neuroscience and cardiology. Nat. Nanotechnol. 8 (2), 83-94 (2013).
- Scanz....
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재인쇄 및 허가
